Piotr Węgrzynek 19.03.2004 I BD - lp. 14

Sprawozdanie z Ćwiczenia nr 44

Temat: Wyznaczenie względnego współczynnika załamania światła dla

przeźroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania

1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

2. Zjawiska towarzyszące przejściu promieniowania elektromagnetycznego przez ośrodek różny od próżni.

3. Zasada działania mikroskopu.

II. Wprowadzenie

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika załamania światła przy pomocy mikroskopu. Mikroskop składa się z dwóch soczewek skupiających ustawionych w odległości większej niż suma ogniskowych zastosowanych soczewek. Mikroskop posiada bardzo małe pole widzenia, przez co zapewnia potrzebny w wielu przypadkach warunek małych kątów. Pierwsza soczewka (obiektyw) daje obraz rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Oglądany przedmiot umieszcza się przed obiektywem w odległości nieco większej niż jego ogniskowa f_1. Druga soczewka (okular) działa jak lupa i daje obraz urojony, powiększony i prosty.

Rys.1. Bieg promienia w mikroskopie

Metoda wyznaczania współczynnika załamania przy pomocy mikroskopu oparta jest na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez równoległą płytkę.

Zgodnie z rys.2. załamany w punkcie A (to jest w miejscu wejścia promienia światła do szkła) promień ulega ponownemu załamaniu w punkcie 0. Jeżeli na powierzchni I płytki narysujemy jedną linię, a na powierzchni II narysujemy krzyżującą się z nią drugą linię, to obserwując przez mikroskop, widzi się obraz linii narysowanej na powierzchni II nie w punkcie 0, lecz w miejscu oznaczonym na rysunku O'. Oznaczamy grubość płytki przez d = OO' zaś grubość pozorną d'= O'O”. Z trygonometrycznych zależności wynika:

,

skąd:

Rys.2. Bieg promienia przez płask-równoległą płytkę

Dla niewielkich kątów padania i załamania można przyjąć:

gdzie n_w względny współczynnik załamania szkła. Zatem:

III. Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotować mikroskop do pomiarów ustawiając równo oświetlone pole widzenia.

2. Otrzymane dwie płytki płasko-równoległe o różnych grubościach starannie oczyścić.

3. Śrubą mikrometryczną zmierzyć grubość płytek d. Pomiary powtórzyć 10 razy dla każdej płytki (mierząc w różnych miejscach).

4. Ustawić płytkę na stoliku mikroskopu. Pokręcając śrubą przesuwu pionowego ustawić mikroskop tak, aby widoczna była ostro kreska narysowana na górnej powierzchni płytki.

5. Kręcąc śrubą znajdującą się w stopce czujnika dołączonego do mikroskopu ustawić wskazanie zerowe.

6. Obniżyć obiektyw tak, aby otrzymać ostry obraz kreski znajdującej się na dolnej powierzchni płytki.

7. Odczytać wskazanie czujnika, pomiary powtórzyć kilkakrotnie.

8. Powtórzyć pomiary omawiane w punktach 4 - 7 kolejnych płytek.

Przyjęte zostały następujące oznaczenia:

d_1, d₂ - grubości płytek zmierzone przy pomocy śruby mikrometrycznej,

d_1śr, d_śr2 - średnie grubości tych płytek,

- wartości pozornej grubości płytek zmierzone przy pomocy mikroskopu,

tabela pomiarowa

Lp	d1	d1śr­		n1	d2	d2śr		n2
	[mm]	[mm]	[mm]		[mm]	[mm]	[mm]
	6,27	6,26	4,20	1,49	3,89	3,45	2,57	1,51
	6,26			4,19	1,49		3,21				2,00	1,60
	6,27			4,23	1,48		3,23				2,42	1,33
	6,24			4,22	1,48		3,32				2,12	1,57
	6,27			4,02	1,56		3,89				2,05	1,89
	6,28			4,29	1,46		3,33				2,35	1,41
	6,27			4,04	1,55		3,80				2,00	1,90
	6,26			4,24	1,48		3,31				2,41	1,37
	6,24			4,15	1,51		3,24				2,15	1,50
	6,26			4,25	1,47		3,31				2,30	1,44

Względny współczynnik załamania światła dla szkła

błędy pomiaru mikrometrem i mikroskopem

• Błędy bezwzględne

Ogólnie:

ponieważ d', d, Δd, Δd'>0

• Błędy względne

Wnioski:

Metoda wyznaczania współczynnika załamania światła przy pomocy mikroskopu, oparta jest na obserwacji równoległego przesunięcia wiązki światła po przejściu przez płasko-równoległą płytkę.

Wyznaczyliśmy względny współczynnik załamania dla dwóch szklanych płytek:

dla d₁ = 6,26 mm współczynnik załamania światła wynosi z obliczeń n₁ = 1,49, a błąd Δn₁ = 0,02

dla d₂ = 3,45 mm współczynnik załamania światła wynosi z obliczeń n₂ = 1,54, a błąd Δn₂ = 0,04

---